レーザ装置
【課題】光出力の変動を抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能な構成のレーザ装置を提供する。
【解決手段】レーザ装置は、レーザ光源１１からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部２０と、高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離して、このモニタ光の強度を検出するパワーコントロールユニット５０と、パワーコントロールユニット５０の検出結果に基づいて、基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部６０とを備え、複数の光増幅器は、励起光源部７０からの励起光を光増幅用ファイバＥＤＦに供給して基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、制御部６０は、複数の光増幅器のうちで、波長変換部２０での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを制御して、基本波レーザ光の強度を操作するようになっている。
【解決手段】レーザ装置は、レーザ光源１１からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部２０と、高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離して、このモニタ光の強度を検出するパワーコントロールユニット５０と、パワーコントロールユニット５０の検出結果に基づいて、基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部６０とを備え、複数の光増幅器は、励起光源部７０からの励起光を光増幅用ファイバＥＤＦに供給して基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、制御部６０は、複数の光増幅器のうちで、波長変換部２０での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを制御して、基本波レーザ光の強度を操作するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力をモニタするとともに当該モニタ結果に応じて光出力を一定に制御する機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、半導体デバイスに微細構造を形成する露光装置や、微細構造を観察する各種光学式検査装置、眼科治療等に用いるレーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換素子を備える波長変換装置において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
レーザ装置においては、レーザ光の光出力の安定化を図るために、レーザ光の光出力を光出力モニタ装置（一般的にフォトダイオード等の受光素子）により検出し、光出力をモニタしながら所望の光出力が得られるように半導体レーザへの駆動電流をフィードバック制御する手段（APC：Automatic Power Control）が種々提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４７３３２号公報
【特許文献２】特開２００２−４２３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような波長変換素子を用いて波長変換を行うレーザ装置においては、波長変換された出力光の安定化が重要であり、基本波から所望の波長の出力光を得るために波長変換を多段で行う場合、その途中段階での波長変換の不安定要素がそのまま最終段での出力光の安定性に影響を及ぼすものと考えられる。より具体的には、上記特許文献１記載のレーザ装置のように、１つの半導体レーザ（レーザ光源）から放出された基本波を複数に分岐し、それぞれを光増幅して複数段の波長変換を経た上で最終段の和周波の入射光として波長変換する構成においては、各入射光が最終段に至るまでの波長変換の過程によって出力光（紫外光）の安定性に及ぼす影響が大きく異なってくるため、それに応じて入射光の光強度を適切に制御しないと最終的な光出力が不安定になるという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光出力の変動を抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能な構成のレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、基本波レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、複数の光増幅器により増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部と、波長変換部から出力された高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離するための光分離部と、光分離部により分離されたモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、光出力モニタ部の検出値に基づいて基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部とを備え、複数の光増幅器は、励起光源から出力される励起光を光増幅媒体に供給して、レーザ光源から入力される基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、制御部は、複数の光増幅器のうちで、波長変換部での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを光出力モニタ部の検出値に基づいて制御して、基本波レーザ光の強度を操作するようになっている。
【０００８】
なお、上記所定の高調波レーザ光が、波長２００ｎｍ以下の紫外光であることは本発明の好ましい態様である。さらに、波長変換光学素子が、波長変換部において温度調整部により所定温度に加熱された昇温状態で使用されることも好ましい態様である。また、光増幅器が複数の光増幅媒体を直列に接続した複数段で構成され、制御部が光出力モニタ部の検出値に基づいて複数の光増幅媒体のうちで最終段の光増幅媒体へ供給する励起光出力のみを制御することも好ましい態様である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長変換回数の多い不安定な基本波成分のみの強度を操作するため、レーザ光出力の制御性を向上させることが可能となる。従って、光出力の変動を確実に抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置におけるレーザヘッドの概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置における波長変換部およびパワーコントロールユニットの概要構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明を適用したレーザ装置の代表例として、レクチルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まず始めに、これらの図面を参照しながらレーザ装置１について概要説明する。
【００１２】
レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される筐体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバ、パージガス供給用ガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。
【００１３】
レーザヘッド２は、赤外〜可視領域の基本波レーザ光を射出するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から射出された基本波レーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備え、その出力端から紫外光が出力されるように構成されている。
【００１４】
レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌｓを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から発生されたシード光Ｌｓを増幅する光増幅部１２とを備えて構成される。レーザ光源１１および光増幅部１２は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途および機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ1＝１．５４７［μｍ］の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、レーザ光源１１から出力されるシード光Ｌｓを、ファイバカプラ等（図示せず）によって３つに分岐して、光増幅部１２においてエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）として適用される第１の光増幅用ファイバＥＤＦ１、第２の光増幅用ファイバＥＤＦ２、第３の光増幅用ファイバＥＤＦ３でそれぞれ増幅する構成が例示される。
【００１５】
光増幅部１２は、励起光のエネルギをシード光に移動させて増幅させる光増幅媒体としての上記光増幅用ファイバＥＤＦ１，ＥＤＦ２，ＥＤＦ３の他に、レーザ光源１１からのシード光と制御ラック３内の励起光源部７０からの励起光（ポンプ光）とを合波するための光カプラＷＤＭ１，ＷＤＭ２，ＷＤＭ３を備えている。各光増幅用ファイバＥＤＦは、コア領域にＥｒ元素（希土類元素）が添加された光ファイバである。励起光源部７０は、例えばラマンレーザ等により構成される２台のポンプレーザＰ１，Ｐ２からなり、光増幅用ファイバＥＤＦに添加されたＥｒ元素を励起し得る波長（例えばλ2＝１．４８０［μｍ］）の励起光を、詳細は後述する制御ラック３内の制御部６０から指示される制御信号に応じた強度で出力する。ポンプレーザＰ１からの励起光は、光カプラＷＤＭ１を介して第１の光増幅用ファイバＥＤＦ１に入射される。ポンプレーザＰ２からの励起光は、ファイバカプラ７１によって所定の分配比率で２つに分岐され、一方が光カプラＷＤＭ２を介して第２の光増幅用ファイバＥＤＦ２へ入射され、他方が光カプラＷＤＭ３を介して第３の光増幅用ファイバＥＤＦ３へ入射される。
【００１６】
このような光増幅部１２において、励起光源部７０から出力された波長λ2の励起光が光増幅用ファイバＥＤＦに入射すると、コア領域に添加されたエルビウム（Ｅｒ）イオンが励起されるようになっており、この励起状態にあるＥｒイオンに蓄えられたエネルギは、レーザ光源１１から波長λ1のシード光が入射されると、誘導放出によって同じ波長（λ1）の光に転化され光増幅作用を生じる。光増幅用ファイバＥＤＦにおいて誘導放出により光増幅された基本波レーザ光はコリメータ等（図示せず）を介してそれぞれ平行光であるレーザ光Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3として波長変換部２０へ出力される。なお、レーザ光発生部１０からの基本波レーザ光Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3の出力は、励起光源部７０から光増幅部１２へ供給される励起光出力（励起強度）によって制御されるようになっている。
【００１７】
波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から射出されたレーザ光（光増幅部１２により増幅された基本波レーザ光）Ｌｒを、所定波長の紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から射出された波長λ＝１．５４７［μｍ］の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３［ｎｍ］の紫外光を出力する。
【００１８】
このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光Ｌｒを紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源から射出された基本波レーザ光を３つに分岐して光増幅部１２により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌｒ（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４［ｎｍ］）および５倍波（λ＝３０９［ｎｍ］）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１［ｎｍ］）、８倍波（λ＝１９３［ｎｍ］）を発生させる構成例を図３に示しており、この波長変換部２０の構成について図３を追加参照して概要説明する。
【００１９】
まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌｒ1は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射され、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子２１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子２１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射され、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００２０】
波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００２１】
ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射され、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が射出される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から射出される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４ｖ，３４ｈにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００２２】
一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌｒ2は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射され、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が射出され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。
【００２３】
また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌｒ3は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射される。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。
【００２４】
上記合成されたＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射される。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。
【００２５】
このように同軸上に合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、波長変換光学素子２５に入射される。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４ｖ，３４ｈ，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われて７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２５を透過した上記各波長の光が射出される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５としては、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００２６】
これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波、２倍波等の他の波長成分の光が射出されるが、波長変換部２０（レーザ装置１）から８倍波のみを出力させる場合には、分散プリズムやダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ等を使用することにより、これらを分離すればよい。波長変換光学素子２６から射出された８倍波は、その光路上に配置されたパワーコントロールユニット５０に入射する。
【００２７】
このように基本波から所望の波長（本実施形態ではλ＝１９３［ｎｍ］）の倍波を得るために波長変換光学素子２１〜２６によって多段の波長変換が行われる場合、その途中段階での波長変換の不安定要素が最終段での出力光の出力安定性に影響を及ぼすものと考えられる。ここで、上記波長変換の不安定要素としては、例えば、波長変換光学素子２１〜２６の温度制御（特に、昇温状態で使用される潮解性を持つ光学結晶を温度制御する場合や、結晶種別および整合条件に応じて温度位相整合をとるための温度制御をする場合等）のゆらぎによる変換効率の変動や、波長変換光学素子２１〜２６の損傷・劣化による変換効率の低下などが挙げられる。波長変換を和周波発生によって行う場合、その最終段の波長変換光学素子２６への入射光成分のうち、より波長変換回数の多い高周波成分が最終段の出力安定性に支配的であると考えられる。すなわち、本実施形態においては、最終段（８倍波を発生させる段階）の波長変換光学素子２６への入射光成分のうち、出力安定性に支配的となる基本波成分は、その段階までの波長変換回数が他に比して最も多い高周波成分となる５倍波系（第１の基本波レーザ光Ｌｒ1）である。そこで、本実施形態では、次述するパワーコントロールユニット５０の検出結果に基づいて、レーザ装置１の出力が一定となるように、５倍波発生用の第１の基本波レーザ光Ｌｒ1を所望の強度に光増幅するためのポンプレーザＰ１の出力をフィードバック制御する機能を有している。それでは、パワーコントロールユニット５０等の構成について詳述する。
【００２８】
パワーコントロールユニット５０は、ビームスプリッタ５１と光出力モニタ装置５２とを備えており、これらが波長変換光学素子２６から射出されたレーザ光を内部へ導入するための入射口および８倍波たる深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ導出するための出射口が形成された矩形箱形状のユニットケース（図示せず）内に収容されて構成されている。なお、このユニットケース内に、波長変換光学素子２６から射出された８倍波とその他の波長成分の光とを分離するための上記の分散プリズムなどを収容して構成してもよい。
【００２９】
ビームスプリッタ５１は、波長変換光学素子２６から入射される８倍波の一部（例えば、全体の１％の光量）を反射してモニタ光として光出力モニタ装置５２へ導き、８倍波の残る光量を透過させ、そのまま光軸に沿って直進させてレーザ装置１の出力光（紫外レーザ光Ｌｖ）として外部へ出力する。
【００３０】
光出力モニタ装置５２は、例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子を有して構成されており、ビームスプリッタ５１によって送られてきたモニタ光（８倍波の一部）を受光して、このモニタ光の強度（パワー）に応じた電流信号を生成する。光出力モニタ装置５２に内蔵された不図示の増幅回路によって、この電流信号は所定のゲインで増幅された電圧信号に変換されて制御ラック３内の制御部６０へ出力される。
【００３１】
制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外光Ｌｖの出力を制御する制御部６０、光増幅部１２を励起する上記の励起光源部７０、所定温度（例えば１５０℃程度）に加熱された昇温状態で使用する波長変換光学素子（例えば、潮解性を持つ光学素子や、温度位相整合で使用する光学素子等）の温度を調整する温度調整部８０、パワーコントロールユニット５０等のレーザ装置１の各部にインターフェース４を通るガスチューブを介してＮ2ガス等の不活性ガスを供給するガス供給部（図示せず）、などが設けられている。
【００３２】
制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オン・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなる所謂マイクロコンピュータを有して構成されており、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいて５倍波系の基本波レーザ光Ｌｒ1の強度を操作して、８倍波発生用の波長変換光学素子２６へ入射する７倍波の強度を調節する。すなわち、制御部６０は、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいて、レーザ装置１の出力が一定となるように（モニタ結果が予め設定された規定値となるように）、励起光源部７０のポンプレーザＰ１の励起光の出力をフィードバック制御し、基本波レーザ光Ｌｒ1、５倍波、７倍波、８倍波といったその出力光の強度を制御していく。したがって、レーザ装置１の出力が低下（モニタ光の強度が規定値よりも低下）したときにはポンプレーザＰ１の出力を増大させ、反対に、レーザ装置１の出力が増大（モニタ光の強度が規定値よりも増大）したときにはポンプレーザＰ１の出力を低下させて、最終的に出力される紫外レーザ光Ｌｖ（８倍波）の強度が一定となる制御が行われる。なお、このとき光出力モニタ装置５２の検出値に関わらず、制御部６０によってポンプレーザＰ２の出力は一定に制御されている。
【００３３】
このように構成されるレーザ装置１において、基本波から所望の波長１９３［ｎｍ］の倍波を得るために多段の波長変換が行われる場合、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいてレーザ装置１の出力が一定となるように、最終段の波長変換光学素子２６への入射光成分（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）のうち、安定的な基本波成分（Ｌｒ2，Ｌｒ3）の光強度を操作することなく、不安定な基本波成分（Ｌｒ1）のみの光強度を操作するため、レーザ光出力の制御性を向上させることが可能となる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、光出力の変動を確実に抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能である。
【００３４】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態において、１つのレーザ光源１１から出力される基本波を３つに分岐して第１〜第３の光増幅用ファイバＥＤＦでそれぞれ増幅する構成を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、３つのレーザ光源から各々出力される基本波をそれぞれ光増幅用ファイバＥＤＦで増幅する構成としてもよい。
【００３５】
また、上述の実施形態では、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたシード光を、光増幅部１２としてそれぞれ１段構成の光増幅用ファイバＥＤＦによって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌｒを波長変換部２０に入射させる構成を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、レーザ光源１１の出力強度や増幅率に応じて光増幅用ファイバを直列２段以上の複数段構成としてもよい。なお、光増幅用ファイバを複数段構成とした場合には、プリアンプ（１段目…）用の励起光の強度はモニタ結果によらず常に一定に保持しつつ、パワーアンプ（最終段目）用の励起光の強度を操作量として制御するのが好ましい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、ポンプレーザＰ２からの励起光をファイバカプラ７１で２つに分岐して、それぞれを光カプラＷＤＭ２，ＷＤＭ３を介して光増幅用ファイバＥＤＦ２，ＥＤＦ３へ入射する構成（すなわち、励起光源部７０が２台のポンプレーザからなる構成）を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、励起光源部にポンプレーザを３台設けて、これら３台のポンプレーザから各々出力される励起光をそれぞれ光増幅用ファイバＥＤＦ１，ＥＤＦ２，ＥＤＦ３へ入射する構成としてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態において、光増幅部１２の光増幅媒体として、エルビウムをコア領域に添加して構成されたエルビウム・ドープ・光ファイバ（ＥＤＦ）を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、エルビウム以外の他の希土類元素をコア領域に添加した光増幅用ファイバを光増幅媒体として構成してもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では説明簡略化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅部１２との間、光増幅部１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色光を高める狭帯域フィルタ等が適宜設けられる。
【００３９】
なお、レーザ装置１からの出力光の波長は１９３［ｎｍ］に限定されるものではなく、ＫｒＦエキシマレーザやＦ2レーザ等と同様の波長帯域であってもよい。さらに、本発明によるレーザ装置の適用例としては露光装置に限らず、各種の光学式検査装置や、レーザ治療装置など、他の種々の装置においても用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ レーザ装置
２ レーザヘッド
３ 制御ラック
１０ レーザ光発生部
１１ レーザ光源
１２ 光増幅部
２０ 波長変換部
２１〜２６ 波長変換光学素子
５０ パワーコントロールユニット
５１ ビームスプリッタ
５２ 光出力モニタ装置
６０ 制御部
７０ 励起光源部
８０ 温度調整部
ＥＤＦ 光増幅用ファイバ
Ｐ ポンプレーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力をモニタするとともに当該モニタ結果に応じて光出力を一定に制御する機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、半導体デバイスに微細構造を形成する露光装置や、微細構造を観察する各種光学式検査装置、眼科治療等に用いるレーザ治療装置などの光源として用いられており、例えば、半導体レーザにより生成され光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換素子を備える波長変換装置において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長λ＝１９３ｎｍの紫外光として出力する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
レーザ装置においては、レーザ光の光出力の安定化を図るために、レーザ光の光出力を光出力モニタ装置（一般的にフォトダイオード等の受光素子）により検出し、光出力をモニタしながら所望の光出力が得られるように半導体レーザへの駆動電流をフィードバック制御する手段（APC：Automatic Power Control）が種々提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４７３３２号公報
【特許文献２】特開２００２−４２３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような波長変換素子を用いて波長変換を行うレーザ装置においては、波長変換された出力光の安定化が重要であり、基本波から所望の波長の出力光を得るために波長変換を多段で行う場合、その途中段階での波長変換の不安定要素がそのまま最終段での出力光の安定性に影響を及ぼすものと考えられる。より具体的には、上記特許文献１記載のレーザ装置のように、１つの半導体レーザ（レーザ光源）から放出された基本波を複数に分岐し、それぞれを光増幅して複数段の波長変換を経た上で最終段の和周波の入射光として波長変換する構成においては、各入射光が最終段に至るまでの波長変換の過程によって出力光（紫外光）の安定性に及ぼす影響が大きく異なってくるため、それに応じて入射光の光強度を適切に制御しないと最終的な光出力が不安定になるという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光出力の変動を抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能な構成のレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、基本波レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、複数の光増幅器により増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部と、波長変換部から出力された高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離するための光分離部と、光分離部により分離されたモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、光出力モニタ部の検出値に基づいて基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部とを備え、複数の光増幅器は、励起光源から出力される励起光を光増幅媒体に供給して、レーザ光源から入力される基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、制御部は、複数の光増幅器のうちで、波長変換部での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを光出力モニタ部の検出値に基づいて制御して、基本波レーザ光の強度を操作するようになっている。
【０００８】
なお、上記所定の高調波レーザ光が、波長２００ｎｍ以下の紫外光であることは本発明の好ましい態様である。さらに、波長変換光学素子が、波長変換部において温度調整部により所定温度に加熱された昇温状態で使用されることも好ましい態様である。また、光増幅器が複数の光増幅媒体を直列に接続した複数段で構成され、制御部が光出力モニタ部の検出値に基づいて複数の光増幅媒体のうちで最終段の光増幅媒体へ供給する励起光出力のみを制御することも好ましい態様である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長変換回数の多い不安定な基本波成分のみの強度を操作するため、レーザ光出力の制御性を向上させることが可能となる。従って、光出力の変動を確実に抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。
【図２】上記レーザ装置におけるレーザヘッドの概要構成図である。
【図３】上記レーザ装置における波長変換部およびパワーコントロールユニットの概要構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明を適用したレーザ装置の代表例として、レクチルのパターンを基板に転写する露光装置の光源装置として用いられるレーザ装置１の概要構成を図１に示すとともに、このレーザ装置１におけるレーザヘッド２の概要構成を図２に示しており、まず始めに、これらの図面を参照しながらレーザ装置１について概要説明する。
【００１２】
レーザ装置１は、この装置を光源装置として利用するレーザシステムへの適用上の便宜から、紫外光を出力する出力機能を有しレーザシステムへの組み込みを容易化した小型箱状のレーザヘッド２と、レーザヘッド２の制御機能を備えレーザヘッド２と別置される筐体状の制御ラック３とからなり、レーザヘッド２と制御ラック３とが、種々の電気ケーブルや、励起光伝送用の光ファイバ、パージガス供給用ガスチューブ、冷却水配管等のインターフェース４により相互接続されて構成される。
【００１３】
レーザヘッド２は、赤外〜可視領域の基本波レーザ光を射出するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から射出された基本波レーザ光を紫外光に波長変換する波長変換部２０とを備え、その出力端から紫外光が出力されるように構成されている。
【００１４】
レーザ光発生部１０は、種光となるレーザ光（シード光）Ｌｓを発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から発生されたシード光Ｌｓを増幅する光増幅部１２とを備えて構成される。レーザ光源１１および光増幅部１２は、このレーザ装置１を用いるレーザシステムの用途および機能に応じ、適宜な発振波長、増幅率のものが用いられる。このようなレーザ光源１１として、波長λ1＝１．５４７［μｍ］の単一波長のレーザ光を発生する分布帰還半導体レーザ（ＤＦＢ半導体レーザ）を用い、レーザ光源１１から出力されるシード光Ｌｓを、ファイバカプラ等（図示せず）によって３つに分岐して、光増幅部１２においてエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）として適用される第１の光増幅用ファイバＥＤＦ１、第２の光増幅用ファイバＥＤＦ２、第３の光増幅用ファイバＥＤＦ３でそれぞれ増幅する構成が例示される。
【００１５】
光増幅部１２は、励起光のエネルギをシード光に移動させて増幅させる光増幅媒体としての上記光増幅用ファイバＥＤＦ１，ＥＤＦ２，ＥＤＦ３の他に、レーザ光源１１からのシード光と制御ラック３内の励起光源部７０からの励起光（ポンプ光）とを合波するための光カプラＷＤＭ１，ＷＤＭ２，ＷＤＭ３を備えている。各光増幅用ファイバＥＤＦは、コア領域にＥｒ元素（希土類元素）が添加された光ファイバである。励起光源部７０は、例えばラマンレーザ等により構成される２台のポンプレーザＰ１，Ｐ２からなり、光増幅用ファイバＥＤＦに添加されたＥｒ元素を励起し得る波長（例えばλ2＝１．４８０［μｍ］）の励起光を、詳細は後述する制御ラック３内の制御部６０から指示される制御信号に応じた強度で出力する。ポンプレーザＰ１からの励起光は、光カプラＷＤＭ１を介して第１の光増幅用ファイバＥＤＦ１に入射される。ポンプレーザＰ２からの励起光は、ファイバカプラ７１によって所定の分配比率で２つに分岐され、一方が光カプラＷＤＭ２を介して第２の光増幅用ファイバＥＤＦ２へ入射され、他方が光カプラＷＤＭ３を介して第３の光増幅用ファイバＥＤＦ３へ入射される。
【００１６】
このような光増幅部１２において、励起光源部７０から出力された波長λ2の励起光が光増幅用ファイバＥＤＦに入射すると、コア領域に添加されたエルビウム（Ｅｒ）イオンが励起されるようになっており、この励起状態にあるＥｒイオンに蓄えられたエネルギは、レーザ光源１１から波長λ1のシード光が入射されると、誘導放出によって同じ波長（λ1）の光に転化され光増幅作用を生じる。光増幅用ファイバＥＤＦにおいて誘導放出により光増幅された基本波レーザ光はコリメータ等（図示せず）を介してそれぞれ平行光であるレーザ光Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3として波長変換部２０へ出力される。なお、レーザ光発生部１０からの基本波レーザ光Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3の出力は、励起光源部７０から光増幅部１２へ供給される励起光出力（励起強度）によって制御されるようになっている。
【００１７】
波長変換部２０は、レーザ光発生部１０から射出されたレーザ光（光増幅部１２により増幅された基本波レーザ光）Ｌｒを、所定波長の紫外光に波長変換する。レーザ装置１においては、レーザ光発生部１０から射出された波長λ＝１．５４７［μｍ］の基本波レーザ光を、複数の波長変換光学素子によって順次波長変換し、最終的に基本波の８倍波（第８次高調波）でＡｒＦエキシマレーザと同一波長である波長λ＝１９３［ｎｍ］の紫外光を出力する。
【００１８】
このように、赤外領域（あるいは可視領域）の基本波レーザ光Ｌｒを紫外光に波長変換する波長変換部の構成（波長変換光学素子の種別や組み合わせ）には、種々の公知の形態がある。本実施形態では、波長変換部の一例として、レーザ光発生部１０において、１つのレーザ光源から射出された基本波レーザ光を３つに分岐して光増幅部１２により増幅し、増幅された３つの基本波レーザ光Ｌｒ（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）を波長変換部２０に入射させて、基本波、２倍波（λ＝７７４［ｎｍ］）および５倍波（λ＝３０９［ｎｍ］）を生成し、これらの和周波発生により７倍波（λ＝２２１［ｎｍ］）、８倍波（λ＝１９３［ｎｍ］）を発生させる構成例を図３に示しており、この波長変換部２０の構成について図３を追加参照して概要説明する。
【００１９】
まず、Ｐ偏光で入射される第１の基本波レーザ光Ｌｒ1は、レンズ３１により波長変換光学素子２１に集光入射され、第２高調波発生（ＳＨＧ）により周波数が基本波（ω）の２倍（２ω）、波長λが半分の２倍波を発生させる。波長変換光学素子２１により発生されたＰ偏光の２倍波、および波長変換光学素子２１を透過したＰ偏光の基本波は、レンズ３２により波長変換光学素子２２に集光入射され、和周波発生（ω＋２ω）により周波数が基本波の３倍（３ω）の倍波を発生させる。これらの波長変換光学素子２１，２２は、例えば、２倍波発生用の波長変換光学素子２１としてＰＰＬＮ結晶、３倍波発生用の波長変換光学素子２２としてＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００２０】
波長変換光学素子２２により発生されたＳ偏光の３倍波と、波長変換光学素子２２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４１を透過させて２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００２１】
ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、レンズ３３により波長変換光学素子２３に集光入射され、和周波発生（２ω＋３ω）により５倍波（５ω）を発生させる。波長変換光学素子２３からは、この波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波と、波長変換光学素子２３を透過したＳ偏光の２倍波および３倍波、並びにＰ偏光の基本波が射出される。なお、５倍波を発生させる波長変換光学素子２３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。ここで、波長変換光学素子２３から射出される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ３４ｖ，３４ｈにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４４に入射させる。
【００２２】
一方、Ｐ偏光で入射される第２の基本波レーザ光Ｌｒ2は、レンズ３５により波長変換光学素子２４に集光入射され、第２高調波発生により２倍波を発生させる。波長変換光学素子２４からは、この波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波と基本波が射出され、レンズ３６，３７を介してダイクロイックミラー４５に入射される。なお、波長変換光学素子２４として、ＰＰＬＮ結晶を用いることができるほか、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いてもよい。
【００２３】
また、Ｓ偏光で入射される第３の基本波レーザ光Ｌｒ3は、レンズ３８を介してダイクロイックミラー４５に入射される。ダイクロイックミラー４５は、基本波の波長帯域の光を透過し、２倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４５に入射するＳ偏光の基本波と、波長変換光学素子２４により発生されたＰ偏光の２倍波とが同軸上に合成される。
【００２４】
上記合成されたＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波は、ダイクロイックミラー４４に入射される。ダイクロイックミラー４４は、基本波および２倍波の波長帯域の光を透過し、５倍波の波長帯域の光を反射するように構成されており、このダイクロイックミラー４４に入射したＳ偏光の基本波およびＰ偏光の２倍波と、波長変換光学素子２３により発生されたＰ偏光の５倍波とが同軸上に合成される。
【００２５】
このように同軸上に合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、波長変換光学素子２５に入射される。ここで、基本波、２倍波、５倍波の各光路には各々レンズ（３４ｖ，３４ｈ，３６，３７，３８）が設けられており、同軸上に合成された各波長の光が波長変換光学素子２５に集光入射するようになっている。波長変換光学素子２５では、Ｐ偏光の２倍波とＰ偏光の５倍波による和周波発生（２ω＋５ω）が行われて７倍波（７ω）が発生される。波長変換光学素子２５からは、この波長変換光学素子２５により発生されたＳ偏光の７倍波とともに、波長変換光学素子２５を透過した上記各波長の光が射出される。７倍波を発生させる波長変換光学素子２５としては、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００２６】
これらの光は、波長変換光学素子２６に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が和周波発生（ω＋７ω）により合成され、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生される。８倍波を発生させる波長変換光学素子２６として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。なお、波長変換光学素子２６からは、この波長変換光学素子２６により発生された８倍波以外に、波長変換光学素子２６を透過した基本波、２倍波等の他の波長成分の光が射出されるが、波長変換部２０（レーザ装置１）から８倍波のみを出力させる場合には、分散プリズムやダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ等を使用することにより、これらを分離すればよい。波長変換光学素子２６から射出された８倍波は、その光路上に配置されたパワーコントロールユニット５０に入射する。
【００２７】
このように基本波から所望の波長（本実施形態ではλ＝１９３［ｎｍ］）の倍波を得るために波長変換光学素子２１〜２６によって多段の波長変換が行われる場合、その途中段階での波長変換の不安定要素が最終段での出力光の出力安定性に影響を及ぼすものと考えられる。ここで、上記波長変換の不安定要素としては、例えば、波長変換光学素子２１〜２６の温度制御（特に、昇温状態で使用される潮解性を持つ光学結晶を温度制御する場合や、結晶種別および整合条件に応じて温度位相整合をとるための温度制御をする場合等）のゆらぎによる変換効率の変動や、波長変換光学素子２１〜２６の損傷・劣化による変換効率の低下などが挙げられる。波長変換を和周波発生によって行う場合、その最終段の波長変換光学素子２６への入射光成分のうち、より波長変換回数の多い高周波成分が最終段の出力安定性に支配的であると考えられる。すなわち、本実施形態においては、最終段（８倍波を発生させる段階）の波長変換光学素子２６への入射光成分のうち、出力安定性に支配的となる基本波成分は、その段階までの波長変換回数が他に比して最も多い高周波成分となる５倍波系（第１の基本波レーザ光Ｌｒ1）である。そこで、本実施形態では、次述するパワーコントロールユニット５０の検出結果に基づいて、レーザ装置１の出力が一定となるように、５倍波発生用の第１の基本波レーザ光Ｌｒ1を所望の強度に光増幅するためのポンプレーザＰ１の出力をフィードバック制御する機能を有している。それでは、パワーコントロールユニット５０等の構成について詳述する。
【００２８】
パワーコントロールユニット５０は、ビームスプリッタ５１と光出力モニタ装置５２とを備えており、これらが波長変換光学素子２６から射出されたレーザ光を内部へ導入するための入射口および８倍波たる深紫外レーザ光Ｌｖを外部へ導出するための出射口が形成された矩形箱形状のユニットケース（図示せず）内に収容されて構成されている。なお、このユニットケース内に、波長変換光学素子２６から射出された８倍波とその他の波長成分の光とを分離するための上記の分散プリズムなどを収容して構成してもよい。
【００２９】
ビームスプリッタ５１は、波長変換光学素子２６から入射される８倍波の一部（例えば、全体の１％の光量）を反射してモニタ光として光出力モニタ装置５２へ導き、８倍波の残る光量を透過させ、そのまま光軸に沿って直進させてレーザ装置１の出力光（紫外レーザ光Ｌｖ）として外部へ出力する。
【００３０】
光出力モニタ装置５２は、例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子を有して構成されており、ビームスプリッタ５１によって送られてきたモニタ光（８倍波の一部）を受光して、このモニタ光の強度（パワー）に応じた電流信号を生成する。光出力モニタ装置５２に内蔵された不図示の増幅回路によって、この電流信号は所定のゲインで増幅された電圧信号に変換されて制御ラック３内の制御部６０へ出力される。
【００３１】
制御ラック３には、レーザ装置１を構成する各部の作動を統括的に制御してレーザヘッド２による紫外光Ｌｖの出力を制御する制御部６０、光増幅部１２を励起する上記の励起光源部７０、所定温度（例えば１５０℃程度）に加熱された昇温状態で使用する波長変換光学素子（例えば、潮解性を持つ光学素子や、温度位相整合で使用する光学素子等）の温度を調整する温度調整部８０、パワーコントロールユニット５０等のレーザ装置１の各部にインターフェース４を通るガスチューブを介してＮ2ガス等の不活性ガスを供給するガス供給部（図示せず）、などが設けられている。
【００３２】
制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オン・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなる所謂マイクロコンピュータを有して構成されており、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいて５倍波系の基本波レーザ光Ｌｒ1の強度を操作して、８倍波発生用の波長変換光学素子２６へ入射する７倍波の強度を調節する。すなわち、制御部６０は、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいて、レーザ装置１の出力が一定となるように（モニタ結果が予め設定された規定値となるように）、励起光源部７０のポンプレーザＰ１の励起光の出力をフィードバック制御し、基本波レーザ光Ｌｒ1、５倍波、７倍波、８倍波といったその出力光の強度を制御していく。したがって、レーザ装置１の出力が低下（モニタ光の強度が規定値よりも低下）したときにはポンプレーザＰ１の出力を増大させ、反対に、レーザ装置１の出力が増大（モニタ光の強度が規定値よりも増大）したときにはポンプレーザＰ１の出力を低下させて、最終的に出力される紫外レーザ光Ｌｖ（８倍波）の強度が一定となる制御が行われる。なお、このとき光出力モニタ装置５２の検出値に関わらず、制御部６０によってポンプレーザＰ２の出力は一定に制御されている。
【００３３】
このように構成されるレーザ装置１において、基本波から所望の波長１９３［ｎｍ］の倍波を得るために多段の波長変換が行われる場合、光出力モニタ装置５２の検出値に基づいてレーザ装置１の出力が一定となるように、最終段の波長変換光学素子２６への入射光成分（Ｌｒ1，Ｌｒ2，Ｌｒ3）のうち、安定的な基本波成分（Ｌｒ2，Ｌｒ3）の光強度を操作することなく、不安定な基本波成分（Ｌｒ1）のみの光強度を操作するため、レーザ光出力の制御性を向上させることが可能となる。従って、以上説明したレーザ装置１によれば、光出力の変動を確実に抑制して長期的に安定した運用を実現することが可能である。
【００３４】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態において、１つのレーザ光源１１から出力される基本波を３つに分岐して第１〜第３の光増幅用ファイバＥＤＦでそれぞれ増幅する構成を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、３つのレーザ光源から各々出力される基本波をそれぞれ光増幅用ファイバＥＤＦで増幅する構成としてもよい。
【００３５】
また、上述の実施形態では、レーザ光発生部１０において、レーザ光源１１により発生されたシード光を、光増幅部１２としてそれぞれ１段構成の光増幅用ファイバＥＤＦによって増幅し、増幅されたレーザ光Ｌｒを波長変換部２０に入射させる構成を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、レーザ光源１１の出力強度や増幅率に応じて光増幅用ファイバを直列２段以上の複数段構成としてもよい。なお、光増幅用ファイバを複数段構成とした場合には、プリアンプ（１段目…）用の励起光の強度はモニタ結果によらず常に一定に保持しつつ、パワーアンプ（最終段目）用の励起光の強度を操作量として制御するのが好ましい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、ポンプレーザＰ２からの励起光をファイバカプラ７１で２つに分岐して、それぞれを光カプラＷＤＭ２，ＷＤＭ３を介して光増幅用ファイバＥＤＦ２，ＥＤＦ３へ入射する構成（すなわち、励起光源部７０が２台のポンプレーザからなる構成）を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、励起光源部にポンプレーザを３台設けて、これら３台のポンプレーザから各々出力される励起光をそれぞれ光増幅用ファイバＥＤＦ１，ＥＤＦ２，ＥＤＦ３へ入射する構成としてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態において、光増幅部１２の光増幅媒体として、エルビウムをコア領域に添加して構成されたエルビウム・ドープ・光ファイバ（ＥＤＦ）を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、エルビウム以外の他の希土類元素をコア領域に添加した光増幅用ファイバを光増幅媒体として構成してもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では説明簡略化のため記載を省略したが、レーザ光源１１と光増幅部１２との間、光増幅部１２と波長変換部２０との間に、光パルスを切り出すＥＯＭ等の光変調器や、単色光を高める狭帯域フィルタ等が適宜設けられる。
【００３９】
なお、レーザ装置１からの出力光の波長は１９３［ｎｍ］に限定されるものではなく、ＫｒＦエキシマレーザやＦ2レーザ等と同様の波長帯域であってもよい。さらに、本発明によるレーザ装置の適用例としては露光装置に限らず、各種の光学式検査装置や、レーザ治療装置など、他の種々の装置においても用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ レーザ装置
２ レーザヘッド
３ 制御ラック
１０ レーザ光発生部
１１ レーザ光源
１２ 光増幅部
２０ 波長変換部
２１〜２６ 波長変換光学素子
５０ パワーコントロールユニット
５１ ビームスプリッタ
５２ 光出力モニタ装置
６０ 制御部
７０ 励起光源部
８０ 温度調整部
ＥＤＦ 光増幅用ファイバ
Ｐ ポンプレーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、
前記複数の光増幅器により増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部と、
前記波長変換部から出力された高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離するための光分離部と、
前記光分離部により分離されたモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部の検出値に基づいて、基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部とを備え、
前記複数の光増幅器は、励起光源から出力される励起光を光増幅媒体に供給して、前記レーザ光源から入力される基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、
前記制御部は、前記複数の光増幅器のうちで、前記波長変換部での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを前記光出力モニタ部の検出値に基づいて制御して、基本波レーザ光の強度を操作することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記所定の高調波レーザ光が、波長２００ｎｍ以下の紫外光であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長変換光学素子が、前記波長変換部において温度調整部により所定温度に加熱された昇温状態で使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光増幅器が、複数の前記光増幅媒体を直列に接続した複数段で構成され、
前記制御部が、前記光出力モニタ部の検出値に基づいて、前記複数の光増幅媒体のうちで最終段の光増幅媒体へ供給する励起光出力のみを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１】
基本波レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの複数の基本波レーザ光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、
前記複数の光増幅器により増幅された複数の基本波レーザ光を波長変換光学素子を用いて所定の高調波レーザ光に波長変換する波長変換部と、
前記波長変換部から出力された高調波レーザ光の一部をモニタ光として分離するための光分離部と、
前記光分離部により分離されたモニタ光の強度を検出する光出力モニタ部と、
前記光出力モニタ部の検出値に基づいて、基本波レーザ光の強度を操作して高調波レーザ光の出力制御を行う制御部とを備え、
前記複数の光増幅器は、励起光源から出力される励起光を光増幅媒体に供給して、前記レーザ光源から入力される基本波レーザ光を増幅するようにそれぞれ構成され、
前記制御部は、前記複数の光増幅器のうちで、前記波長変換部での波長変換回数が最も多く設定された基本波レーザ光を増幅するための該光増幅器に供給される励起光出力のみを前記光出力モニタ部の検出値に基づいて制御して、基本波レーザ光の強度を操作することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記所定の高調波レーザ光が、波長２００ｎｍ以下の紫外光であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長変換光学素子が、前記波長変換部において温度調整部により所定温度に加熱された昇温状態で使用されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光増幅器が、複数の前記光増幅媒体を直列に接続した複数段で構成され、
前記制御部が、前記光出力モニタ部の検出値に基づいて、前記複数の光増幅媒体のうちで最終段の光増幅媒体へ供給する励起光出力のみを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１５１２８８（Ｐ２０１１−１５１２８８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９１７（Ｐ２０１０−１２９１７）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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